(57)【要約】 【課題】  摩擦撹拌プロセスという簡便な手法を用いて高強度マグネシウム合金素材の結晶粒を微細化し、機械的特性を向上させる。【解決手段】  軸線１１まわりに回転するツールを高強度マグネシウム合金板２の表面に圧入し、ツールとの摩擦によって高強度マグネシウム合金板２を加熱軟化して摩擦撹拌し、高強度マグネシウム合金板２に対して回転するツールを相対的に移動させて、摩擦撹拌領域１４ａを形成し、該領域の結晶粒を微細化する。【選択図】      図３
2006083435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線まわりに回転するツールを高強度マグネシウム合金素材の表面に圧入し、回転するツールとの摩擦によって高強度マグネシウム合金素材を加熱して軟化させる圧入ステップと、
高強度マグネシウム合金素材の軟化部分を摩擦撹拌する摩擦撹拌ステップと、
高強度マグネシウム合金素材に対して回転するツールを相対的に移動させることによって、高強度マグネシウム合金素材に摩擦撹拌領域を形成する摩擦撹拌領域形成ステップとを含むことを特徴とする高強度マグネシウム合金の改質方法。
【請求項２】
摩擦撹拌領域が少なくとも部分的に重なるように、
少なくとも圧入ステップ、摩擦撹拌ステップおよび摩擦撹拌領域形成ステップの一連のステップが複数回実行されることを特徴とする請求項１記載の高強度マグネシウム合金の改質方法。
【請求項３】
前記ツール先端の突出部が、
円錐台形状を有することを特徴とする請求項１または２記載の高強度マグネシウム合金の改質方法。
【請求項４】
高強度マグネシウム合金素材が、
亜鉛およびイットリウムを含むマグネシウム基合金であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の高強度マグネシウム合金の改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度マグネシウム合金の改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム（Ｍｇ）合金は、軽量であるため、航空機、車両などの輸送機用材料、携帯型のパーソナルコンピュータ、携帯電話機などのモバイル機器の筐体用材料として有望である。しかしながら、Ｍｇと同様に軽金属元素として知られるチタニウム（Ｔｉ）またはアルミニウム（Ａｌ）を基材とするＴｉ合金、Ａｌ合金に比べると、Ｍｇ合金は、比強度が低く、耐食性が劣り、また生産性が劣るという問題がある。
【０００３】
図１０は、Ｍｇ合金とＴｉ合金およびＡｌ合金との比強度を比較する図である。図１０では、Ｍｇ合金としてＡＳＴＭに規定される鋳物材であるＡＺ９１、Ａｌ合金としてＪＩＳ−Ｈ４０００に規定される展伸材であるＡ７０７５、Ｔｉ合金としてＪＩＳ−Ｈ４６００に規定される展伸材である６０種（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）について、比強度を例示する。図１０に示すように、Ｍｇ合金の比強度は、Ｔｉ合金に比べて約１／３であり、Ａｌ合金に比べて約１／２と低いことが判る。
【０００４】
このようなＭｇ合金は、その機械的性質が向上し、また機械的性質に優れるＭｇ合金の生産性が向上することによって、その有用性が一層高まるものと期待されている。Ｍｇは、実用金属中で最軽量なので、たとえば航空機、自動車、鉄道車両などに用いられることによって、大幅なエネルギ使用効率の向上を実現することができ、またリサイクル性に優れるので、モバイル機器の筐体などの素材として汎用されることによって、環境負荷の軽減を実現することができる。
【０００５】
このような社会的要請に応じて、機械的性質に優れるＭｇ合金開発の試みが種々行われており、なかでも有望なＭｇ合金として、Ｍｇを基材とし、亜鉛（Ｚｎ）およびイットリウム（Ｙ）を含み強度に優れるＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金が提案されている（非特許文献１参照）。
【０００６】
図１１は、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の比強度をＴｉ合金、Ａｌ合金および従来のＭｇ合金と比較する図である。図１１に示すように、Ｍｇ９６−Ｚｎ１−Ｙ３（ａｔ％）合金およびＭｇ９７−Ｚｎ１−Ｙ２（ａｔ％）合金の比強度は、従来のＭｇ合金ばかりでなくＴｉ合金およびＡｌ合金の比強度をも凌ぐ優れた値を示す。
【０００７】
しかしながら、非特許文献１で提案されるＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金は、超音波ガスアトマイズ装置で作製された急速凝固粉末を、真空ホットプレス機でプレスし、さらにプレス材を押出プレス機で押出し成形して作製されるものであり、その製造工程が極めて複雑で、生産効率が低いという問題がある。
【０００８】
金属材料の製造において、効率の高い生産方法として鋳造法があるけれども、鋳造材は、結晶粒が粗く機械的性質に劣るので、構造部材などに用いる素材とするには、通常結晶粒微細化などの組織改質によって機械的性質の向上処理が行われる。金属材料に対して、鋳造後に施される圧延加工と再結晶熱処理も、その組織改質の１手法である。ところでＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金は、鋳造することができるけれども、たとえ温間であったとしても鋳造後の圧延時に割れが発生しやすいので、鋳造／圧延法では所望の機械的性質改善を行うことができないという問題がある。
【０００９】
機械的性質に問題のある金属材料の組織改質、たとえば結晶粒微細化を行う技術として、従来、たとえばEqual Channel Angular Pressing（ＥＣＡＰ）などの方法が用いられている。しかしながら、ＥＣＡＰ法は、押出し形状に制限があるので多様な製品形状に対応できないこと、大きなプレス設備や加熱炉を必要とすることなど多々問題がある。
【００１０】
このような問題に対処する従来技術として、英国のThe Welding Institute（ＴＷＩ）で開発された摩擦撹拌接合法（Friction Stir Welding：ＦＳＷ）を、接合にではなく摩擦撹拌プロセス（Friction Stir Processing：ＦＳＰ）としてアルミニウム合金の組織改質に用いることが提案されている（たとえば、非特許文献２参照）。
【００１１】
非特許文献２では、工業用純アルミニウム合金（ＪＩＳ−Ｈ４０００に規定されるＡ１０５０）にＦＳＰを用いて結晶粒を微細化し、結晶粒微細化によって引張強度と伸びとが改善され、硬さが硬くなることが開示される。しかしながら、非特許文献２における対象は低強度（素材の引張強度：１２０ＭＰａ前後）のアルミニウム合金（Ａ１０５０）であり、マグネシウム合金特に引張強度が４５０〜５００ＭＰａを超えるような高い強度を有する、たとえばＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の組織改質の可能性については全く触れていない。
【００１２】
マグネシウム合金に対してＦＳＰを利用する従来技術として、たとえば以下のようなものが開示される。特許文献１では、たとえば航空機用構造部材の接合部分をＦＳＰで微細化して機械的性質を改善する。特許文献２では、たとえば曲げ変形加工予定部にＦＳＰで処理を施して曲げ加工性を改善する。
【００１３】
しかしながら、特許文献１は、鋼、マグネシウム合金、真鍮、銅合金、Ａｌ合金、Ｔｉ合金などをすべて同一視するものである。上記個々の素材はそれぞれ物性が異なるので、その組織改質については解決されるべき固有の課題があるにも関らず、それらについて全く触れられておらず、当然マグネシウム合金に関する固有の問題点についても全く触れられていない。
【００１４】
特許文献２は、ＡＳＴＭに規定される鋳造Ｍｇ合金であるＡＺ９１について曲げ加工予定部の組織改質を行って加工性を改善することを開示するけれども、ＡＺ９１は前述のように強度が低い従来の汎用Ｍｇ合金であり、さらなる高い強度を有するＭｇ合金おける組織改質という課題の解決手段を何ら明らかにするものではない。
【００１５】
【非特許文献１】河村能人、井上明久，「ナノ結晶強力マグネシウム合金の開発」，まてりあ，日本金属学会，２００２年，第４１巻，第９号，ｐ６４４−６４９
【非特許文献２】斎藤尚文、権  湧宰、重松一典，「摩擦撹拌プロセスを利用したアルミニウム合金の組織制御」，まてりあ，日本金属学会，２００４年，第４３巻，第７号，ｐ５９２−５９７
【特許文献１】特開２００２−１０４２８９号公報
【特許文献２】特開２００４−７４２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、摩擦撹拌プロセスという簡便な手法を用いて高強度マグネシウム合金素材の結晶粒を微細化し、機械的特性の向上を実現できる高強度マグネシウム合金の改質方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、軸線まわりに回転するツールを高強度マグネシウム合金素材の表面に圧入し、回転するツールとの摩擦によって高強度マグネシウム合金素材を加熱して軟化させる圧入ステップと、
高強度マグネシウム合金素材の軟化部分を摩擦撹拌する摩擦撹拌ステップと、
高強度マグネシウム合金素材に対して回転するツールを相対的に移動させることによって、高強度マグネシウム合金素材に摩擦撹拌領域を形成する摩擦撹拌領域形成ステップとを含むことを特徴とする高強度マグネシウム合金の改質方法である。
【００１８】
また本発明は、摩擦撹拌領域が少なくとも部分的に重なるように、
少なくとも圧入ステップ、摩擦撹拌ステップおよび摩擦撹拌領域形成ステップの一連のステップが複数回実行されることを特徴とする。
また本発明は、前記ツール先端の突出部が、円錐台形状を有することを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、高強度マグネシウム合金素材が、亜鉛およびイットリウムを含むマグネシウム基合金であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高強度マグネシウム合金素材の組織改質に摩擦撹拌プロセスを利用することによって、大掛かりな装置を用いることなく、また製品形状に制限されることなく、容易に機械的性質に優れた高強度マグネシウム合金を得ることが可能になる。
【００２１】
また本発明によれば、摩擦撹拌領域が少なくとも部分的に重なるように、少なくとも圧入ステップ、摩擦撹拌ステップおよび摩擦撹拌領域形成ステップの一連のステップが複数回実行されるので、一層組織の微細化された高強度マグネシウム合金を得ることが可能になる。
【００２２】
また本発明によれば、前記ツール先端の突出部は、円錐台形状を有するように形成されるので、素材が高強度のマグネシウム合金であっても、効果的に摩擦撹拌して結晶粒を微細化することができる。
【００２３】
また本発明によれば、高強度マグネシウム合金素材に、亜鉛およびイットリウムを含むマグネシウム基合金が用いられるので、組織微細化によって機械的性質が著しく改善された高強度マグネシウム合金が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は本発明の高強度マグネシウム合金の改質に用いられる摩擦撹拌装置１の構成を簡略化して示す斜視図であり、図２は図１に示す摩擦撹拌装置１に備わるツール先端部付近を拡大して示す正面図である。
【００２５】
摩擦撹拌装置１は、被処理材であるマグネシウム合金素材２が載置されるテーブル３と、高強度マグネシウム合金素材２を摩擦撹拌する摩擦撹拌ヘッド４（以後、ＦＳヘッド４と略称する）と、ＦＳヘッド４をテーブル３に対して近接離反するとともにテーブル３を横断する方向に移動可能に支持する門構ヘッド５とを含む。
【００２６】
ここで例示する摩擦撹拌装置１におけるテーブル３は、図１中矢符６で示す１軸方向（逆方向にも可）にのみ移動可能な１軸テーブルである。テーブル３には、載置面８上に載置される高強度マグネシウム合金素材２（以後、高強度マグネシウム合金板２と呼ぶ）を固定する固定具が設けられるけれども、図示を省略する。
【００２７】
高強度マグネシウム合金板２としては、ＺｎおよびＹを含むＭｇ基合金であるＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金が好適に用いられる。ＦＳＰのように固相での撹拌プロセス処理を施すことによって、たとえばＡｌ合金などでは、ある程度の結晶粒の細粒化が生じるけれども、発熱による動的再結晶と粒成長による粗大化とが生じ、微細化効果が充分に発現されない。しかしながら、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｙ合金は、高温強度が高く粒成長を起こしにくいという特性を有するので、ＦＳＰ処理による微細化効果を得るのに適した素材である。
【００２８】
ＦＳヘッド４は、ツールを備える。ツールの先端にはショルダー１０が形成され、このショルダー１０の下面中央から軸線１１に沿って突出する突出部であるピン９が形成される。ツールは、たとえばＪＩＳ−Ｇ４４０４に規定される工具鋼であるＳＫＤなどから成る。ピン９は円錐台形状を有し、円錐台の先細側が高強度マグネシウム合金板２に埋入される先端側となる。ＦＳヘッド４には、ツールを軸線１１まわりに回転数可変に回転駆動させる駆動手段であるたとえば電動機（サーボモータ）が備えられる。
【００２９】
一般的に摩擦撹拌において用いられるピンの形状は、円柱状である。しかし、該円柱状ピンを高強度マグネシウム合金の摩擦撹拌に用いると、高強度マグネシウム合金の変形抵抗によって撹拌不足を起こし、甚だしい場合にはピンの折損が発生し、良好な摩擦撹拌を行うことができない。一方、本発明の円錐台形状を有するピン９では、円錐台のテーパによって高強度マグネシウム合金の変形抵抗を減殺することができ、折損等を生じることなく効率的に良好な摩擦撹拌が可能となる。ピン９の円錐台形状は、円錐台であればよく、その寸法およびテーパが特に限定されるものではなく、被処理材である高強度マグネシウム合金素材の強度レベル、処理深さなどに応じて種々の変形が許容される。
【００３０】
門構ヘッド５は、大略逆Ｕ字状の外観形状を有し、テーブル３を跨ぐようにして設けられる。門構ヘッド５の梁部分にＦＳヘッド４が支持される。門構ヘッド５は、ＦＳヘッド４を、略鉛直方向に延びる昇降軸２１に沿った方向、すなわちテーブル３に対して近接離反するように、また梁部分に平行に延びる横行軸２２に沿った方向、すなわちテーブル３の載置面８に平行であってテーブル３を横断する方向に移動可能に支持する。この門構ヘッド５には、ＦＳヘッド４を昇降させ、横行させるための駆動手段が備えられる。このことによって、ツールを高強度マグネシウム合金板２に圧入させ、また引上げることができ、さらにテーブル３上に載置される高強度マグネシウム合金板２に対して相対的に横行させることができる。
【００３１】
このように、ＦＳヘッド４を支持する門構ヘッド５と、１軸方向に移動可能なテーブル３とによって、ＦＳヘッド４が、テーブル３上に載置される高強度マグネシウム合金板２に対して３次元的に相対移動することができる。
【００３２】
ツールの回転速度、門構ヘッド５によるＦＳヘッド４の横行軸２２方向への移動速度および移動距離、テーブル３の矢符６方向すなわち走行軸２３方向への移動速度および移動距離、門構ヘッド５によるＦＳヘッド４の高強度マグネシウム合金板２に対する押圧力は、不図示の制御装置からの動作指令によって調整される。制御装置からの動作指令は、制御装置を動作させるべく予めメモリにストアされる動作制御プログラムに従って、または制御装置に操作者によって入力される条件に従って出力される。
【００３３】
なお、ここで例示する摩擦撹拌装置１では、テーブル３が矢符６方向にのみ移動し、ＦＳヘッド４が昇降および横行移動可能なように構成されるけれども、これに限定されることなく、テーブル３すなわちテーブル３上に載置される高強度マグネシウム合金板２が固定され、ＦＳヘッド４が３次元的に移動するように構成されてもよく、またＦＳヘッドが昇降駆動のみして、高強度マグネシウム合金板２を保持するテーブルが水平面内で２次元方向に移動可能に構成されてもよい。
【００３４】
図３は、本発明の第１の実施態様である高強度マグネシウム合金の改質方法の概要を説明する図である。以下図３を参照して高強度マグネシウム合金の改質方法について説明する。
【００３５】
図３（ａ）では、軸線１１まわりに矢符１２方向へ回転するツールを高強度マグネシウム合金板２の表面に押圧する。このステップを押圧ステップと呼ぶ。
【００３６】
図３（ｂ）では、回転するツールを高強度マグネシウム合金板２に圧入し、ツールとの摩擦によって高強度マグネシウム合金板２を加熱して軟化させる（圧入ステップ）。摩擦熱の高強度マグネシウム合金板２への熱伝導によって、軟化部分１３が、高強度マグネシウム合金板２の断面においてほぼ半円状に形成される。
【００３７】
図３（ｃ）では、高強度マグネシウム合金板２の軟化部分１３に回転するツールを埋入し、軟化部分１３を摩擦撹拌し、摩擦撹拌部分１４を形成する（摩擦撹拌ステップ）。図３（ｄ）では、高強度マグネシウム合金板２に対して回転するツールを相対的に前記矢符６方向へ移動させることによって、高強度マグネシウム合金板２に摩擦撹拌領域１４ａを形成する（摩擦撹拌領域形成ステップ）。
【００３８】
このように、高強度マグネシウム合金板２の組織改質にＦＳＰを利用することによって、たとえば押出プレス機のような大掛かりな装置を用いることなく、組織を微細化し、微細化による機械的性質の改善を実現することができる。また、ツールを製品形状に合わせて３次元移動可能な構成とすることによって、製品形状に制限されることなく、容易に高強度マグネシウム合金部材の組織改質を実現することができる。
【００３９】
図４は、本発明の第２の実施態様である高強度マグネシウム合金の改質方法の概要を説明する図である。本実施態様の高強度マグネシウム合金の改質方法は、図３に示したステップのうち少なくとも圧入ステップ、摩擦撹拌ステップおよび摩擦撹拌領域形成ステップの一連のステップが、形成される摩擦撹拌領域が少なくとも部分的に重なるように、複数回（本実施態様では２回）実行されることを特徴とする。なお、一連のステップを１回実行して１本の摩擦撹拌領域を形成することを、以後パスと呼ぶことがある。
【００４０】
図４では、一連のステップが２回（２パス）実行された状態の高強度マグネシウム合金板２の断面を模式的に示す。１パス目の摩擦撹拌領域１４ａを形成した後、高強度マグネシウム合金板２をその表面に平行方向であって、摩擦撹拌領域１４ａが延びる方向に垂直な方向へわずかに移動させ、形成される摩擦撹拌領域が一部重なるようにして２パス目の摩擦撹拌領域１５を形成する。
【００４１】
摩擦撹拌領域が一部重なるようにして２パスＦＳＰ処理を行うに際しては、以下のいずれの態様も許される。
【００４２】
押圧ステップ、圧入ステップ、摩擦撹拌ステップおよび摩擦撹拌領域形成ステップの一連のステップを行って１パス目の摩擦撹拌領域１４ａを形成した後、一旦ツールを埋入部から引上げ、さらにＦＳヘッド４を１パス目のＦＳＰ処理開始点に回帰させて横行軸２２方向にわずかに移動させた後、押圧ステップ、圧入ステップ、摩擦撹拌ステップおよび摩擦撹拌領域形成ステップの一連のステップを繰返して２パス目の摩擦撹拌領域１５を形成する、すなわち同一方向に直線状の摩擦撹拌領域を繰返し形成する方法。
【００４３】
また押圧ステップ、圧入ステップ、摩擦撹拌ステップおよび摩擦撹拌領域形成ステップの一連のステップを行って１パス目の摩擦撹拌領域１４ａを形成した後、ツールを埋入部から引上げることなく、ＦＳヘッド４を横行軸２２方向にわずかに移動させて、圧入ステップ、摩擦撹拌ステップおよび摩擦撹拌領域形成ステップを繰返して２パス目の摩擦撹拌領域１５を形成する、すなわちＦＳヘッド４を水平面内で折返し移動させて略Ｕ字状の摩擦撹拌領域を形成する方法。
【００４４】
上記のいずれの方法によっても、１パス目と２パス目との摩擦撹拌領域が重なる重畳部分１６では、２度摩擦撹拌が行われるので、微細化効果が相乗されて一層組織が微細化される。
【実施例】
【００４５】
以下本発明の実施例について説明する。
本実施例では、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｙ合金素材に図１に示す摩擦撹拌装置１によって、１パスおよび２パスのＦＳＰ処理を施し、該処理部の組織観察と硬さ試験とを実施した。
【００４６】
（Ｍｇ−Ｚｎ−Ｙ合金素材の作製）
表１に示す組成のＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金を不活性ガス雰囲気中で溶製し、７ｋｇの鋳造ブロックを得た。該鋳造ブロックを、４５０℃×９５ｈｏｕｒの均質化処理後水冷した。水冷後のブロックから、厚さ：１０ｍｍ、幅：１００ｍｍ、長さ：１２０ｍｍの板状試片を切出し、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｙ合金素材とした。
【００４７】
なお、表１におけるＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の組成分析結果はｗｔ％にて示されるけれども、後述の組織試験結果においては、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の組成をａｔ％でＭｇ−２Ｙ−２Ｚｎ（ＺｎとＹとの表記順が逆であるけれどもＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金と同一のものである）と表記した。
【００４８】
【表１】
2006083435.tif 000003
【００４９】
（摩擦撹拌処理）
図１に示す摩擦撹拌装置１を用いて、表２に示す条件にてＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金素材にＦＳＰ処理を施した。ＦＳＰ処理を２パス行う場合、表２に示す条件を繰返し用い、形成される摩擦撹拌領域が一部重なるようにして処理を施した。
【００５０】
【表２】
2006083435.tif 000004
【００５１】
（組織試験および硬さ試験）
ＦＳＰ処理が施された高強度マグネシウム合金素材から処理部を含む試片を切出し、摩擦撹拌領域が延びる方向に対して垂直な方向の断面を研磨後エッチングして顕微鏡にて組織観察し、結晶粒微細化の程度を判定した。またＪＩＳ−Ｚ２２４４に規定されるビッカース硬さ試験を行い、高強度マグネシウム合金試片における非処理部と処理が施された部分の各位置の硬さを測定した。
【００５２】
（試験結果）
ＦＳＰ処理を１パス施した高強度マグネシウム合金試片の組織観察結果を図５に示す。図５（ａ）は、断面のマクロ組織を示す。図５（ｂ）は摩擦撹拌部分（Stir Zone）のミクロ組織を示し、図５（ｃ）は摩擦撹拌部と非処理部との境界部分（Bondと呼ぶ）のミクロ組織を示し、図５（ｄ）は摩擦撹拌部分に隣接し、摩擦撹拌によって熱影響を受けた熱影響部（Heat Affected Zone）のミクロ組織を示し、図５（ｅ）は摩擦撹拌も受けず熱影響も受けていない非処理部分（Parent Material：母材と呼ぶ）のミクロ組織を示す。
【００５３】
図５（ｅ）に示すように、母材はデンドライトによる凝固組織を呈し、そのデンドライトコロニーの大きさは約１ｍｍであり、デンドライトの２次晶間距離であるDendrite Arm Spacing（ＤＡＳ）が７３μｍであった。一方、図５（ｂ）に示すように、ＦＳＰ処理が施された摩擦撹拌部分は、その結晶粒径が数μｍまで微細化されていた。
【００５４】
図６は、ＦＳＰ処理を１パス施した場合の硬さ分布測定結果を示す図である。摩擦撹拌領域が延びる方向に対して垂直な断面において、摩擦撹拌部分（Stir Zone）を横断する方向に硬さ分布を測定した。図６中、ひし形印を結ぶライン３１が、硬さ分布の測定結果である。母材部分の硬さが約６０ＨＶであるのに対して、摩擦撹拌部分の硬さは１００〜１２０ＨＶであり、ＦＳＰ処理によって、硬さが１．５倍以上に向上した。
【００５５】
図７は、ＦＳＰ処理を２パス施した高強度マグネシウム合金試片の組織観察結果を示す図である。図７（ａ）は、断面のマクロ組織を示す。図７（ｂ）はＦＳＰ処理が１パスだけ施された摩擦撹拌部分（Stir Zone）のミクロ組織を示し、図７（ｃ）はＦＳＰ処理を２パス施した２重摩擦撹拌部分（Doubly Stirred Zone）のミクロ組織を示す。２重摩擦撹拌部分の結晶粒径は、１パス処理された摩擦撹拌部分の結晶粒径よりもさらに微細化され、その粒径はサブミクロンサイズであった。
【００５６】
図８は、ＦＳＰ処理を２パス施した場合の硬さ分布測定結果を示す図である。図８では、ＦＳＰ処理を施した側の表面から深さ２ｍｍおよび深さ４ｍｍの位置において、ＦＳＰ処理部分を横断する方向に硬さ分布を測定した。図８中、ひし形印を結ぶライン３２が深さ２ｍｍでの硬さ分布測定結果であり、正方形印を結ぶライン３３が深さ４ｍｍでの硬さ分布測定結果である。
【００５７】
深さ２ｍｍの位置では、２重摩擦撹拌部分の硬さが１２０ＨＶを超える値にまで向上しており、結晶粒が一層微細化されるのに伴って、硬さも一層向上することが判る。一方、深さ４ｍｍの位置では、１パス処理の場合と同等に硬さが向上するけれども、１２０ＨＶを超える顕著な硬さ向上が認められない。これは、深さ４ｍｍの位置は、摩擦撹拌された領域の深さ方向におけるほぼ底部分に該当し、摩擦撹拌領域の重畳部分が殆ど存在しないことによる。
【００５８】
また図９は、母材部と１パスＦＳＰ処理部と２パスＦＳＰ処理部とにおける硬さの比較を示す図である。図９中、各縦棒は各部における硬さ分布を示し、各棒グラフは各部における硬さの平均値を示す。母材部の硬さ６９ＨＶが、１パスのＦＳＰ処理を施すことによって摩擦撹拌部の硬さが１０５ＨＶに向上し、さらに２パスのＦＳＰ処理を施すことによって２重摩擦撹拌部の硬さが１２９ＨＶに向上する。このように、ＦＳＰ処理を施すことによる組織の微細化に伴って硬さが向上し、ＦＳＰ処理を多パスで施すことによって、一層組織を微細化し硬さを向上できることが判る。
【００５９】
以上に述べたように、本実施の形態では、マグネシウム合金は、ａｔ％でＭｇ−２Ｚｎ−２Ｙであるけれども、これに限定されることなく、Ｍｇ−１Ｚｎ−２ＹでもよくまたＭｇ−１Ｚｎ−３Ｙでもよく、さらにＭｇ−Ｚｎ−Ｙ系に限定されることなく、摩擦撹拌時における動的再結晶と粒成長とが比較的抑制される特性を有するマグネシウム合金であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の高強度マグネシウム合金の改質に用いられる摩擦撹拌装置１の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図２】図１に示す摩擦撹拌装置１に備わるツール先端部付近を拡大して示す正面図である。
【図３】本発明の第１の実施態様である高強度マグネシウム合金の改質方法の概要を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施態様である高強度マグネシウム合金の改質方法の概要を説明する図である。
【図５】ＦＳＰ処理を１パス施した高強度マグネシウム合金試片の組織観察結果を示す図である。
【図６】ＦＳＰ処理を１パス施した場合の硬さ分布測定結果を示す図である。
【図７】ＦＳＰ処理を２パス施した高強度マグネシウム合金試片の組織観察結果を示す図である。
【図８】ＦＳＰ処理を２パス施した場合の硬さ分布測定結果を示す図である。
【図９】母材部と１パスＦＳＰ処理部と２パスＦＳＰ処理部とにおける硬さの比較を示す図である。
【図１０】Ｍｇ合金とＴｉ合金およびＡｌ合金との比強度を比較する図である。
【図１１】Ｍｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の比強度をＴｉ合金、Ａｌ合金および従来のＭｇ合金と比較する図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  摩擦撹拌装置
２  高強度マグネシウム合金板
３  テーブル
４  ＦＳヘッド
５  門構ヘッド
９  ピン
１０  ショルダー
１３  軟化部分
１４  摩擦撹拌部分
１５  摩擦撹拌領域
１６  重畳部
【図１】
2006083435.tif 000005
【図２】
2006083435.tif 000006
【図３】
2006083435.tif 000007
【図４】
2006083435.tif 000008
【図６】
2006083435.tif 000009
【図８】
2006083435.tif 000010
【図９】
2006083435.tif 000011
【図１０】
2006083435.tif 000012
【図１１】
2006083435.tif 000013
【図５】
2006083435.tif 000014
【図７】
2006083435.tif 000015